旋翼系统无线网络数据采集新技术朱光明.docVIP

第二十届（20）全国直升机年会论文 巴唐尧试; 旋翼系统; PCM; 无线以20Mbps，因此当测试系统规模较大时，不得不产生多条PCM数据流（包括记录数据流、遥测数据流等），使用多个高速数据复合记录设备采集、复合多路高速PCM数据流、航空总线数据流等方法。为满足某些特殊的飞行测试任务，有时还得采用专门的测试设备，除了依靠时间同步外，它们相互独立。测试电缆联接非常繁杂。这样的测试系统框架使得投入飞行试验的测试设备的成本非常大，试飞测试工程师设计、安装、调试测试系统工作量和难度也非常大，将严重影响试飞试验效率。 空客A380飞行试验对测试系统数据采集、处理和存储等能力的要求大幅度提高，测试参数多达4万多个，为此他们采用必威体育精装版以太网络技术建立全新的机载测试体系架构，开发了专用IENA（Test Installation for New Aircrafts）数据协议，直接推动了机载网络化测试技术应用和产品开发，从PCM-ETHERNET混合测试架构到全网络化数据采集、记录、处理的基于ETHERNET的全新架构。基于高速百兆/千兆数据交换的全双工以太网的局域网测试系统架构，相对于原分布式主从PCM测试结构，大大提高了测试系统的能力和性能，优势在于： 1）系统架构更加灵活、连接电缆简单和减少； 2）采集数据共享； 3）通过网络端口对全系统的采集、记录设备加载编程和检查，缩短了飞行试验前准备时间； 4)可集成COTS技术和商业货架产品，极大的减小后续测试系统集成的成本和风险。 4 机载网络化数据采集系统构成 在直升机主桨、尾桨上采集的数据要融合到机舱内的数据采集系统中，进行数据合并、记录、遥测发射，所以旋翼采集系统的方案必须适应机身数据采集系统构架，机载测试系统向网络化发展和应用，使得无线网络技术顺理成章地被研究和开发应用于旋翼数据采集。 4.1 网络数据传输协议 采用IEEE 802.3 以太网标准和IP/UDP传输协议，以及简单网络管理协议（SNMP）。以太网的数据是通过传输控制协议/通用自寻址数据包协议，即TCP/UDP，来传输的。TCP中包含有效数据，同时添加了很多附带信息，如：数据包的发送时间、传输路径等等。TCP被设计为可应用在“遗失网络”。在这种环境下，数据可能会丢失，连接会消失，目标地址可以没有响应。它允许缓存数据包，并打乱发送次序，或者在需要的时候重新发送。TCP对飞行试验数据采集来说并不是一个很好的协议。更适合飞行试验数据采集的协议是：通用自寻址数据包协议，即UDP。这是一种简单的“发送后不管”的协议。TCP和UDP都使用一种底层协议以帮助数据传输：因特网协议，即IP。它定义了数据从何处来，将去向何处。它允许以独一无二的32位地址定义数据源，并允许数据传送到单独的目的地，也可在整个网络上广播，传送到多个目的地。 传统的PCM数据采集器是以PCM帧结构码流传输数据，而在以太网中是以数据包的形式传递数据。数据包中含有PCM子帧中的数据（包括同步字和子帧识别字），还有一些协议头文件，头文件用于确认数据源和目的地。关键是如何定义和将PCM帧转化为一个以太网数据包。必须仔细考虑一下问题： 1）发往不同目的地的数据应封装在不同数据包内。 2）关键参数应封装在短小且能定时传送的数据包内。 3）非关键参数可以放在一个数据包内，采样周期结束时一起发送。 4）数据传输延迟很重要，参数从采样以及到达目的地的时间，取决于数据包的大小，以及包内所有数据准备齐全所需的等待时间。 4.2 基于PCM采集器的网络化测试系统的架构 近10年来，我们从国外引进了大量的PCM机载数据采集系统、记录设备和遥测设备，国内合作研制开发了旋翼系统专用测量设备，开发了相关的试飞数据处理分析和实时遥测监控等应用软件，构建了直升机试飞测试体系架构，满足了目前以及未来3～5年的直升机飞行试验测试要求。但随着现代及将来新一代新研直升机将采用许多先进设计和制造技术，飞行试验要求测量的参数也大量地增加，对飞行试验测试仪器系统的配套、集成和应用难度也大大增加了，原有的PCM主从结构的机载数据采集系统，存在各种应用问题，如：1）总数据传输速率出现瓶颈；2）测试系统配置调试和使用维护也相当困难；3）测试电缆联接非常复杂而且繁多；4）给数据处理带来很大的麻烦；5）在线实时处理系统实现起来更复杂；6）与第三方测量专用仪器设备接口限制；7）测试系统成本将非常大等。 目前要求在现有传统PCM数据采集、记录、遥测仪器设备的基础上，集成开发新的基于PCM和网络混合结构的直升机机载试飞测试技术架构，如图1所示，即可满足近5年的直升机型号试飞要求和任务，又能逐步平稳过渡到建立全新一代网络化直升机试飞测试体系架构，同时通过自主技术研发，掌握核心技术，避免试飞测试仪器设备完全依赖国外引进的局面。 图